[发明专利]用于风涡轮和水涡轮的拉线转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于流体流动涡轮的转子系统，所述转子系统包括安装在轴上的毂以及多个转子叶片。

背景技术

在典型的水平轴线风涡轮中，动力舱安装在竖直高塔上。动力舱容纳动力传输机构、电气设备并在一端支撑转子系统。用于水平轴线风涡轮的转子系统通常包括一个或更多个叶片，所述一个或更多个叶片被附接到位于轴上的转子毂上。风流驱动转子，所述转子又转动位于动力舱中的轴。轴转动齿轮，所述齿轮将扭矩传递到发电机。动力舱典型地围绕竖直高塔枢转，以利用从任何方向流动的风。响应于风向变化的围绕竖直轴线的枢转被称为偏航(yawing)或偏航响应，并且竖直轴线被称为偏航轴线。在风以足够的速度经过叶片时，转子系统旋转，并且风涡轮通过发电机将风能转化为电能。发电机的电力输出被传输到电网。

在风涡轮的发电容量增加时，转子叶片必须在长度上增加，以便于使更大的掠过区域暴露给风，以实现驱动更大发电容量所需的添加的能量俘获。对于典型叶片所可以延伸到的长度存在结构限制。

典型地，转子叶片的端部(根部)通过螺栓连接到毂，所述毂则附接到主轴。在风涡轮按比例放大时，达到了这一点，即：叶片的长度和重量达到能由附接到毂的叶片根部来可靠支撑的极限的程度。对于非常大的叶片的关键的结构限制在于叶片的根部处的疲劳寿命，在所述根部处，对每次旋转的重力影响产生了集中在叶片根部上的摆振加载(lead-lag loading)。更大的叶片尺寸也受到符合用于公路运输的宽度极限的叶片根部直径限制。因此，对于增加常规转子的尺寸，存在明确的缩放限制。本发明提供一种方法来显著增加转子叶片尺寸。

风涡轮设计成通过设定转子排列结构以面向或搜寻新的风向而在操作期间响应于风向变化来偏航。过多的搜寻运动在转子系统上导致不期望的偏航引起的振动和应力。叶片和转子毂会合处的叶片和转子毂疲劳以及叶片和转子毂的最终失效直接与搜寻运动的数量和搜寻运动进行的速度相关。偏航的快速变化显著增加了克服整个转子系统的旋转惯性作用的力，放大叶片会合转子毂且附接到转子毂所在的叶片根部处的弯曲力矩。振动和应力在转子毂和叶片根部中引起疲劳，因此减小设备的有效寿命并且减小可靠性。本发明提供添加的结构支撑，使很大的转子能够减小对毂的偏航载荷。

2006年9月21日公布的公开No.WO/2006/097836“Tension Wheel In A Rotor System For Wind And Water Turbines”描述了一种用于流体流动涡轮的转子系统，所述转子系统包括安装在轴上的毂、多个转子叶片和拉紧轮状物，所述拉紧轮状物包括通过多个辐条安装到毂的轮缘结构。每个转子叶片附接到拉紧轮状物的轮缘结构。通过将诸如叶片或帆的机翼应用于拉紧轮状物的辐条和/或转子叶片的内段，在由拉紧轮状物的轮缘结构外接的转子的区域中损失的能量被俘获。

随着风涡轮转子尺寸在数兆瓦尺寸范围中增加，叶片长度将结构要求施加于叶片根端部，这增加重量，这又产生更高的结构要求，这最终限制叶片按比例放大的可能性。

发明内容

因此，本发明的目的是将叶片长度限制于材料和设计，这提供了合理的结构余量但增加转子直径，从而提供产生较大风能俘获的较大的转子掠过区域。

而且，本发明的目的是提供一种转子毂几何形状，该转子毂几何形状在增加转子掠过区域的同时具有合理的结构。

通过一种用于流体流动涡轮的转子系统达到所述目的，所述转子系统包括：毂组件，所述毂组件安装在与动力传输装置联接的轴上；多个转子叶片，所述多个转子叶片的每一个包括内叶片段、套环和外叶片段。内叶片段由毂组件以可旋转的方式支撑并且从毂组件向外延伸到所述内叶片段的相应的套环，其中外叶片段从套环的相应的一个向外延伸。内叶片段和外叶片段是可旋转的。

在从属权利要求中描述了本发明的另外的实施例。

简言之，本发明涉及一种用于流体流动涡轮的转子系统，其中许多转子叶片附接到毂并且在二个维度受到拉紧线约束，所述拉紧线连接在毂和位于转子叶片上的套环之间。通过将叶片或位于转子叶片上的套环连接在一起的叶片到叶片拉紧索或拉紧线，将转子叶片(横向地)约束在旋转平面中。